污水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

建立一個(gè)在線污水處理廠水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，掌握廢水處理廠關(guān)鍵區(qū)域的水質(zhì)。另一方面，可通過(guò)各責(zé)任部門提供實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)沿線污水處理廠依法排放，緩解下游污水處理廠進(jìn)廠水質(zhì)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提高下游污水處理廠的廢水標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，如果水質(zhì)明顯超標(biāo)，請(qǐng)立即注意下游污水處理廠的處理措施，防止廢水超標(biāo)。因此建立污水管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是確保完成“十一五”期間污染減排任務(wù)的重要組成部分。杭州市某污水管網(wǎng)由一條污水主干管及10座污水泵站組成,擬建在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),以確保實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)。1污水處理廠水質(zhì)超標(biāo)該工程主干管起自8#泵站,經(jīng)9#泵站、10#泵站最終進(jìn)入下游污水處理廠(見(jiàn)圖1)。2007年各泵站水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出,該管網(wǎng)中部分泵站污水水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。該污水主管網(wǎng)下游的污水處理廠目前處理規(guī)模為60×104m3/d,為杭州市的主要污水處理廠。該廠存在進(jìn)廠水質(zhì)長(zhǎng)期超出設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)、無(wú)法實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。2企業(yè)排污監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析污水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般布置在管網(wǎng)泵站中,其設(shè)置應(yīng)兼顧監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全面性,即采用較少的監(jiān)測(cè)點(diǎn)全面反映整個(gè)污水管網(wǎng)的水質(zhì)分布情況,并可通過(guò)水質(zhì)分布情況對(duì)重點(diǎn)企業(yè)排污情況進(jìn)行分析監(jiān)督。具體選取方法如下:在重點(diǎn)受控企業(yè)排污下游泵站設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn);在管網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)泵站設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn);在歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)超標(biāo)嚴(yán)重的泵站設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn);通過(guò)上、下游泵站數(shù)據(jù)即可對(duì)該泵站水質(zhì)數(shù)據(jù)及納污情況作出較為準(zhǔn)確分析的泵站,則不需設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)上述選擇方法,本工程擬分別在1#～5#泵站、7#～9#泵站設(shè)置8個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。3在線測(cè)量?jī)x器的選擇污水水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)一般為pH、COD、SS、氨氮以及總磷。3.1電極法測(cè)量,其一般可測(cè)量方法主要有兩種:玻璃電極法、銻電極法。玻璃電極法應(yīng)用廣泛,產(chǎn)品選擇范圍大,價(jià)格較低,缺點(diǎn)是需要定時(shí)清洗和更換電極。而銻電極法儀器價(jià)格較高,線性范圍一般僅為3～8,測(cè)量精確性和重現(xiàn)性差,一般僅應(yīng)用在不適于應(yīng)用玻璃電極(如含氫氟酸溶液)的場(chǎng)合。因此本工程采用玻璃電極法測(cè)定儀。3.2散射光法聯(lián)合光催化法測(cè)量原理主要為光學(xué)法,其又分為透射法或散射光法兩種。其中散射光法靈敏度高、精確度高、相對(duì)誤差小、重復(fù)性好,并且不受色度影響,因此本工程采用散射光法測(cè)定儀。3.3與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦方法比較測(cè)量原理主要有三種:①重鉻酸鉀消解法(簡(jiǎn)稱鉻法);②氫氧基(或臭氧混合氧化劑)氧化—電化學(xué)測(cè)量法(簡(jiǎn)稱電化學(xué)法);③UV法(254nm)。各種測(cè)量方法的對(duì)比見(jiàn)表2。從原理上講,方法①是最符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的COD測(cè)量方法。方法②、③均不屬于國(guó)標(biāo)推薦方法,一般需將其分析結(jié)果與國(guó)標(biāo)方法做比對(duì)試驗(yàn)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ４送?方法③受水中濁度以及色度的影響較大,且與國(guó)標(biāo)方法相比線性度差,一般應(yīng)用在水質(zhì)變化不大且水質(zhì)濃度較低的地表水以及污水處理廠出水口處。從儀器結(jié)構(gòu)上講,采用電化學(xué)法和UV法的在線COD分析儀比采用鉻法的儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尤其是UV法在線COD分析儀只需直接浸入待測(cè)污水中即可,不需采樣過(guò)濾裝置,所以不僅安裝方便,而且運(yùn)行可靠。從維護(hù)的難易程度上講,由于鉻法所采用的試劑種類較多,泵管系統(tǒng)較復(fù)雜,因此在試劑的更換以及泵管的更換維護(hù)方面較煩瑣,維護(hù)周期比采用電化學(xué)原理的儀器要短,維護(hù)工作量較大。綜合上述各方面因素,考慮到COD是污染物排放中關(guān)鍵考核指標(biāo),本工程采用測(cè)量方法符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果準(zhǔn)確度高的鉻法在線COD分析儀。3.4、測(cè)量方法及儀器測(cè)量方法主要有兩種:電極法、比色法(即分光光度法)。其中電極法又可分為氣敏電極法和離子選擇電極法兩種,比色法又可分為氨氣逐出比色法和靛酚藍(lán)比色法兩種。氨氣逐出比色法的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、準(zhǔn)確,不受色度的干擾,試劑較便宜。缺點(diǎn)是:對(duì)濃度很低的水樣測(cè)量精度不高(測(cè)量下限為0.2mg/L),測(cè)量周期比電極法的長(zhǎng)。靛酚藍(lán)比色法的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、準(zhǔn)確,對(duì)低濃度氨氮測(cè)量準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是:受水樣顏色干擾,測(cè)量周期比電極法的長(zhǎng),試劑較貴、儀器價(jià)格較高。氣敏電極法的優(yōu)點(diǎn)是:響應(yīng)時(shí)間較比色法儀表短,不受水中其他離子的干擾,試劑便宜。缺點(diǎn)是:除試劑外,電極需定時(shí)更換,運(yùn)行成本較高。離子選擇電極法的優(yōu)點(diǎn)是:響應(yīng)時(shí)間最短,無(wú)需任何試劑。缺點(diǎn)是:極易受水中的pH和其他離子的干擾,電極容易產(chǎn)生漂移,需要頻繁地對(duì)電極進(jìn)行清洗、校正。需要定期更換電極,運(yùn)行成本較高。各種測(cè)量?jī)x器的對(duì)比詳見(jiàn)表3。綜合上述各方面因素,本工程選用受水質(zhì)干擾小、使用成本以及維護(hù)量一般且價(jià)格適中的氨氣逐出比色法在線氨氮分析儀。3.5在線磷分析儀采用鉬藍(lán)比色法(即光度法)的測(cè)量原理,該方法也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法。4測(cè)量點(diǎn)的設(shè)計(jì)4.1儀表監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)在線分析儀表對(duì)工作環(huán)境有較高的要求,本工程在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)建造一間儀表監(jiān)測(cè)小屋,采用輕質(zhì)保溫建材建造,長(zhǎng)約4m,寬約3m,在線水質(zhì)分析儀表以及自控單元設(shè)備均安裝在儀表小屋內(nèi),平面布置見(jiàn)圖2。4.2水質(zhì)采樣系統(tǒng)由于污水泵站集水井深度較深,并且水中夾雜大量固體雜物,在線監(jiān)測(cè)儀表的配套采樣預(yù)處理系統(tǒng)一般均無(wú)法滿足采樣要求,因此需設(shè)計(jì)一套水質(zhì)采樣系統(tǒng),以完成水樣的提升采集及分配。系統(tǒng)主要包括采水潛水泵、配水管路、自動(dòng)反沖洗裝置。采樣潛水泵置于泵站集水井最低水位之下,潛水泵外設(shè)過(guò)濾罩,由自動(dòng)控制單元控制潛水泵向水質(zhì)分析儀表提供符合監(jiān)測(cè)需要的水樣。為防止采樣管路阻塞以及管內(nèi)孳生藻類,系統(tǒng)配備自動(dòng)反沖洗裝置,由自動(dòng)控制單元用自來(lái)水自動(dòng)完成對(duì)配水管路的清洗。4.3自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和上傳自動(dòng)控制單元負(fù)責(zé)完成水質(zhì)采樣系統(tǒng)的自動(dòng)采樣控制、自動(dòng)配水控制、自動(dòng)反沖洗控制以及水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和其他輔助設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集及上傳。自動(dòng)控制單元采用小型PLC系統(tǒng),配備HMI顯示界面,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前整套系統(tǒng)的工作狀態(tài),并可根據(jù)需要進(jìn)行控制參數(shù)的修改和設(shè)定。4.4各類數(shù)據(jù)傳輸方式的比較用于分布式遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊的有線、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式主要有以下幾種:PSTN電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)、ADSL寬帶接入、DDN專線接入、IP城域網(wǎng)光纖專線、GPRS無(wú)線傳輸、無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)。各種數(shù)據(jù)傳輸方式的比較如表4所示。水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)量小,實(shí)時(shí)性要求不高,一般選擇采用通訊速率較低、可靠性較高且通訊費(fèi)用較低的GPRS無(wú)線傳輸或無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)的數(shù)據(jù)上傳方式。但由于該污水管網(wǎng)各泵站已建成一套泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),各泵站與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸采用租用IP城域網(wǎng)專線的方式,因此本工程水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用該泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心設(shè)置兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器,對(duì)各泵站在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集、處理、保存以及分析。5污水處理廠進(jìn)廠水質(zhì)超標(biāo)的措施建